釩泥浸出提釩工藝的研究

李敏 劉超 楊文君(河鋼集團(tuán)承鋼公司釩鈦事業(yè)部，河北 承德 067002)

0 引言

河鋼承鋼采用鈉化焙燒工藝將釩渣中釩元素氧化，將其轉(zhuǎn)化為可溶性釩酸鹽后，經(jīng)過(guò)水浸工藝提釩。在可溶性釩酸鹽溶解的同時(shí)，部分硅酸鹽和磷酸鹽等雜質(zhì)共同溶解進(jìn)入釩溶液中。為提高釩產(chǎn)品的純度，需使用硫酸鋁及絮凝劑，通過(guò)沉淀除雜的方法將釩溶液中溶解的Si、P 等雜質(zhì)出去。此除雜過(guò)程又必然共沉淀出部分釩元素，使得除雜泥中釩含量達(dá)到10%左右。因此除雜泥回收具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

攀鋼集團(tuán)有除雜泥通過(guò)酸浸，浸出液使用硫酸鐵直接沉淀出釩酸鐵的研究；錦州釩業(yè)有使用碳酸鈣進(jìn)行堿浸提釩的研究。以上各工藝均存在產(chǎn)品純度較低，或釩收率偏低等弊端。本實(shí)驗(yàn)研究采用兩步酸浸工藝，降低硫酸消耗，浸出液使用陰離子交換樹(shù)脂進(jìn)行吸附提純，制備高純五氧化二釩的工藝。

1 實(shí)驗(yàn)及設(shè)備

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

實(shí)驗(yàn)原料來(lái)自于河鋼承鋼釩鈦事業(yè)部除雜工序除雜泥，除雜泥濕基含水率53.6%，經(jīng)過(guò)脫水烘干后檢測(cè)，主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 釩泥主要化學(xué)成分Tab.1 Main chemical compositions of Vanadium sludge

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試劑

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：電子天平、JJ-6數(shù)顯攪拌器、高溫電阻爐、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、真空泵、pH 計(jì)、電感耦合等離子發(fā)射光譜。

實(shí)驗(yàn)試劑：98%硫酸、磷酸、氯化鈉、氫氧化鈉、陰離子交換樹(shù)脂、硫酸亞鐵銨、高錳酸鉀、N-苯基鄰氨基苯甲酸、尿素、亞硝酸鈉、二苯胺磺酸鈉、重鉻酸鉀。

2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠卸?、棄泥含釩量小于0.2%；2、成品五氧化二釩達(dá)到98%標(biāo)準(zhǔn)。

3 試驗(yàn)方法

3.1 浸出率與pH關(guān)系實(shí)驗(yàn)

按照固液質(zhì)量比(濕基釩泥與加水量)1:2的比例混合置于燒杯中，在常溫條件下以350rpm 充分?jǐn)嚢瑁⒕徛尤?8%硫酸試劑，充分反應(yīng)。在各pH 值處檢測(cè)釩浸出率，繪制浸出率與pH 關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1 浸出率與pH關(guān)系曲線Fig. 1 The relationship between leaching rate and pH

由浸出率與pH 關(guān)系曲線可知，釩泥中釩元素的浸出率隨著酸度增加而提高，當(dāng)pH 在6～2.5時(shí)，浸出率提升緩慢，當(dāng)pH小于2.5時(shí)，浸出率隨酸度增加而大幅提高。pH 達(dá)到0.8時(shí)，釩浸出率達(dá)到97.73，過(guò)濾后濾餅(棄泥)含釩小于0.2%。

3.2 一步浸出

為使得棄泥含釩量達(dá)標(biāo)，將釩泥與水按固液比1:2混合置于1號(hào)燒杯中，常溫下充分?jǐn)嚢瑁尤胱懔?8%硫酸調(diào)整pH=0.8，充分反應(yīng)后過(guò)濾，濾餅含釩量0.16%達(dá)標(biāo)，濾液pH=0.8，不滿足樹(shù)脂柱吸附條件(樹(shù)脂吸附pH 為2～3)。

3.3 二步浸出

將一步浸出后pH=0.8的濾液置于2號(hào)燒杯中，攪拌并加入原料釩泥，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)至pH 值2～2.5時(shí)過(guò)濾，濾液采用樹(shù)脂吸附流程提純，濾餅按照一步浸出流程與水混合進(jìn)入1號(hào)燒杯，深度提釩后棄泥達(dá)標(biāo)。

3.4 樹(shù)脂吸附

根據(jù)文獻(xiàn)記錄，選擇大孔弱堿性陰離子交換樹(shù)脂D301對(duì)2#濾液進(jìn)行靜態(tài)吸附濃縮、提純，吸附平衡時(shí)間13h，由于吸附交換過(guò)程為吸熱反應(yīng)，故適當(dāng)提高反應(yīng)溫度有利于提高反應(yīng)速度和吸附容量。吸附完成后，采用NaOH+NaCl 溶液進(jìn)行釩的解析。經(jīng)樹(shù)脂濃縮、提純前后釩溶液即吸附液與解析液的濃度如表2所示。

表2 吸附液與解析液的濃度Tab.2 Concentration of adsorbed and analytical solution

3.5 沉淀

采用NH4Cl 作為沉淀劑，進(jìn)行堿性沉淀偏釩酸銨，待上清液含釩濃度小于0.2g/L 后過(guò)濾，沉淀率達(dá)99.5%。偏釩酸銨濾餅經(jīng)洗滌，焙燒制備成品五氧化二釩。經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到Y(jié)BT 5304-2017中V2O598產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)釩泥浸出率與pH 值關(guān)系，在一步浸出時(shí)采用pH=0.8，保證棄泥含釩達(dá)標(biāo)。在二步浸出時(shí)采用原料釩泥代替堿基，減少酸、堿輔料消耗，同時(shí)減少新雜質(zhì)的引入并提高了釩浸出率。浸出液直接進(jìn)行樹(shù)脂吸附，濃縮、提純，實(shí)現(xiàn)符合標(biāo)準(zhǔn)的五氧化二釩產(chǎn)出。實(shí)驗(yàn)解決了釩泥提釩浸出率和高品質(zhì)五氧化二釩產(chǎn)品的產(chǎn)出問(wèn)題。避免了以下兩種情況的發(fā)生：應(yīng)浸出率低，提釩后棄泥再次回爐焙燒；產(chǎn)品純度較低，需要再次溶解提純。

從而實(shí)現(xiàn)釩泥浸出提釩工藝的優(yōu)化。